一种气相硫化氢耦合制氢系统及方法与流程

1.本发明属于化工环保技术领域，涉及一种气相硫化氢耦合制氢系统及方法。


背景技术：

2.硫在煤炭、石油、天然气中伴生存在，在煤化工、石油裂解、天然气生产等过程中大多生成副产品硫化氢，硫化氢是剧毒气体，也是化工行业的重要污染源，最终需将硫化氢进行回收处理。硫化氢回收的方法有多种。
3.目前硫碘循环高温水解制氢是绿色制氢研究热点之一，反应式见式(1-3)，采用制氢工艺需要在850℃以上高温，将硫酸热解为二氧化硫，水、二氧化硫和碘在常温下产生碘化氢，碘化氢在300℃以上温度分解为碘和氢气。该工艺实现的难点在于：
4.1)将硫酸热解所需要的850℃的高温，能耗较高，难以满足；
5.2)硫酸是腐蚀性极强的物质，能够耐高温腐蚀的材料价格非常昂贵；
6.3)硫酸和氢碘酸属于共沸物，分离困难；
7.4)热解硫酸制氢的经济性较差。
8.2h2so4＝2so2 o2 2h2o
9.so2 2h2o i2＝h2so4 2hi
10.2hi＝h2 i2。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种气相硫化氢耦合制氢系统及方法，该系统及方法具有能耗低；成本低、分离简单以及经济性好的特点。
12.为达到上述目的，本发明所述的气相硫化氢耦合制氢气的系统包括酸性气输入管道、气相反应塔、旋风分离器、一级加热器、二级加热器、分解塔、一级冷凝器及二级冷凝器；
13.旋风分离器的顶部出口与一级加热器的吸热侧入口相连通，一级加热器的吸热侧出口与二级加热器的入口相连通，二级加热器的出口与分解塔的入口相连通，分解塔的底部出口与一级冷凝器的放热侧入口相连通，一级冷凝器的放热侧出口与二级冷凝器的入口相连通，二级冷凝器的出口与气相反应塔的入口相连通，酸性气输入管道与气相反应塔的入口相连通。
14.一级加热器的放热侧与一级冷凝器的吸热侧相连通。
15.气相反应塔采用列管式反应器。
16.二级加热器采用高温蒸汽或电加热方式。
17.二级冷凝器采用循环水进行冷却。
18.二级冷凝器的出口经液碘泵与气相反应塔的入口相连通。
19.本发明所述的气相硫化氢耦合制氢气的方法包括以下步骤：
20.硫化氢与碘蒸汽在气相反应塔内反应生成硫单质及碘化氢，其中，反应生成的碘化氢、硫单质及过量的碘蒸汽混合进入旋风分离器中进行分离，其中，分离出来的硫单质排
出，分离出来的碘化氢和过量的碘蒸汽进入一级加热器中升温，再进入二级加热器中加热升温，最后进入到分解塔中，并在催化剂的作用下碘化氢发生分解，生成碘蒸汽及氢气，其中，生成的氢气从分解塔的顶部排出，生成的碘蒸汽经分解塔的底部排出进入到一级冷凝器中降温，再进入到二级冷凝器中降温，以成为液态碘，然后输送至气相反应塔中。
21.气相反应塔内碘与硫化氢的摩尔量比值为3-5。
22.本发明具有以下有益效果：
23.本发明所述的气相硫化氢耦合制氢系统及方法在具体操作时，采用气相反应塔和分解塔作为反应器，与硫碘循环制氢工艺相比，无硫酸与氢碘酸的分离工艺，无硫酸的分解工艺，设备简单，运行维护成本降低。本发明与常温下液态硫化氢与碘溶液反应工艺相比，设备较为简单。另外，本发明与硫碘循环高温水解制氢相比，无需硫酸热解所需要的850℃的高温，能耗降低。同时需要说明的是，本发明在整个过程中不会产生硫酸，也不会产生其他污染，制造和运行成本较低；同时本发明利用硫化氢耦合绿色制氢工艺，将剧毒废物再利用，变废为宝，具有较高的环保效益。
附图说明
24.图1为本发明的结构示意图。
25.其中，1为气相反应塔、2为旋风分离器、3为一级加热器、4为二级加热器、5为分解塔、6为一级冷凝器、7为二级冷凝器、8为液碘泵。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
27.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
28.参考图1，本发明所述的气相硫化氢耦合制氢气的系统包括酸性气输入管道、气相反应塔1、旋风分离器2、一级加热器3、二级加热器4、分解塔5、一级冷凝器6、二级冷凝器7及液碘泵8；
29.旋风分离器2的顶部出口与一级加热器3的吸热侧入口相连通，一级加热器3的吸热侧出口与二级加热器4的入口相连通，二级加热器4的出口与分解塔5的入口相连通，分解塔5的底部出口与一级冷凝器6的放热侧入口相连通，一级冷凝器6的放热侧出口与二级冷凝器7的入口相连通，二级冷凝器7的出口经液碘泵8与气相反应塔1的入口相连通，一级加热器3的放热侧与一级冷凝器6的吸热侧相连通，酸性气输入管道与气相反应塔1的入口相
连通。
30.需要说明的是，本发明中，气相反应塔1用于酸性气中的h2s与i2蒸汽反应生成hi和s单质，反应温度控制在(120℃-180℃)，气相反应塔1可以采用列管式反应器或其他类型的反应器，控制碘与硫化氢的摩尔量比值为3-5。
31.旋风分离器2用于将硫磺颗粒与其他气体分离，其中，碘化氢、硫磺小颗粒及过量的碘蒸汽从气相反应塔1混合输出，再进入旋风分离器2中，将硫磺颗粒与其他气体分离，硫磺在旋风分离器2的底部沉积后排出。
32.一级加热器3用于将分解后的高温碘蒸汽(400℃-480℃)加热为碘化氢，同时对高温碘蒸汽降温，升热后的碘化氢温度约320℃-480℃，碘蒸汽温度降低至200℃-280℃，利用系统自身的热量换热，节约能耗。
33.二级加热器4用于将一级加热器3输出的碘化氢再次加热至400℃-480℃，二级加热器4采用高温蒸汽或电加热等方式。
34.分解塔5用于将高温碘化氢(400℃-480℃)在压力0.1mpa-2.7mpa和催化剂的条件下分解成氢气及碘蒸汽，其中，氢气从分解塔5的顶部排出，高温碘蒸汽从分解塔5的底部排出；
35.一级冷凝器6用于将高温碘蒸汽(400℃-480℃)的热量传递给一级加热器3；
36.二级冷凝器7用于将一级冷凝器6输出的碘蒸汽进一步降温至130℃-170℃，以成为液态碘，二级冷凝器7采用循环水或其他方式降温。
37.本发明的具体工作过程为：
38.气相反应塔1内的温度在120℃到180℃之间，压力在0.1mpa-2.7mpa之间，硫化氢与碘蒸汽反应生成硫单质及碘化氢，其中，反应生成的碘化氢、硫单质及过量的碘蒸汽混合进入旋风分离器2中进行分离，其中，分离出来的硫单质排出，分离出来的120℃-180℃碘化氢和过量的碘蒸汽进入一级加热器3中升温至320℃-380℃，再进入二级加热器4中加热升温至400℃-480℃，最后进入到分解塔5中，并在催化剂的作用下碘化氢发生分解，生成碘蒸汽及氢气，其中，生成的氢气从分解塔5的顶部排出，生成的碘蒸汽经分解塔5的底部排出进入到一级冷凝器6中降温至200℃-280℃，再进入到二级冷凝器7中降温至130℃-170℃之间，以成为液态碘，然后经液碘泵8输送至气相反应塔1中，在气相反应塔1内扩容后成为碘蒸汽与酸性气中的硫化氢反应，完成一个循环过程。
39.其中，本发明涉及的化学反应为：
40.h2s i2＝2hi s
↓ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
41.2hi＝h2 i2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
42.i2 i-＝i
3-ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)。